Oznaki turbulencji w pobliskich galaktykach karłowatych wskazują na alternatywną teorię grawitacji

Galaktyki karłowate to małe, słabe galaktyki, które zwykle można znaleźć w gromadach galaktyk lub w pobliżu większych galaktyk. Z tego powodu mogą być dotknięte oddziaływaniem grawitacyjnym ich większych towarzyszy. „Prezentujemy innowacyjny sposób testowania Modelu Standardowego na podstawie tego, jak bardzo galaktyki karłowate są zaburzone przez grawitację i pływy z większych sąsiednich galaktyk” – powiedziała Elena Asensio, doktorantka na Uniwersytecie w Bonn i główna autorka artykułu. Pływy powstają, gdy grawitacja jednego obiektu w różny sposób przyciąga różne części innego obiektu. Są one podobne do pływów ziemskich, które powstają, ponieważ Księżyc silniej przyciąga stronę Ziemi zwróconą w stronę Księżyca.

Gromada Fornax zawiera dużą liczbę galaktyk karłowatych. Ostatnie obserwacje pokazują, że niektóre z tych karłów wydają się być zdeformowane, jakby zakłócone przez środowisko gromady. „Takich zaburzeń u karłów Fornax nie oczekuje się zgodnie ze standardowym modelem” – powiedział Pavel Krupa, profesor na Uniwersytecie w Bonn i Uniwersytecie Karola w Pradze. „Dzieje się tak, ponieważ zgodnie z Modelem Standardowym halo ciemnej materii tych karłów powinno częściowo osłaniać je przed przypływami wzburzonymi przez masę”.

Autorzy przeanalizowali oczekiwany poziom turbulencji dla karłów, który zależy od ich cech wewnętrznych oraz odległości od silnego grawitacyjnie centrum gromady. Galaktyki o dużych, ale małomasywnych masach gwiezdnych oraz galaktyki w pobliżu centrum gromady są łatwe do zakłócenia lub zniszczenia. Porównali wyniki z poziomem postrzeganych turbulencji widocznych na zdjęciach wykonanych za pomocą teleskopu VLT Survey Telescope Europejskiego Obserwatorium Południowego.

„Porównanie wykazało, że jeśli ktoś chciałby wyjaśnić obserwacje w Modelu Standardowym”, powiedziała Elena Asencio, „krasnoludy Fornax rzeczywiście muszą zostać zniszczone przez grawitację ze środka masy, nawet jeśli pływy, jakie wznoszą na karła są sześćdziesiąt cztery razy. słabsza niż samograwitacja karła”. Jest to nie tylko sprzeczne z intuicją, ale także przeczy poprzednim badaniom, które wykazały, że siła zewnętrzna potrzebna do zakłócenia galaktyki karłowatej jest z grubsza taka sama jak samograwitacja karła.

Sprzeczność z modelem standardowym

Na tej podstawie autorzy wnioskują, że w Modelu Standardowym obserwowanej morfologii karłów Fornax nie można wyjaśnić w sposób spójny. Powtórzyli analizę przy użyciu dynamiki Milgromiana (MOND). Zamiast zakładać halo ciemnej materii otaczające galaktyki, teoria MOND proponuje poprawkę na dynamikę Newtona, w której grawitacja doświadcza wzmocnienia w reżimie niskiego przyspieszenia.

„Nie byliśmy pewni, czy galaktyki karłowate będą w stanie przetrwać w surowym środowisku gromady galaktyk w MOND, ze względu na brak ochronnych halo ciemnej materii w tym modelu – przyznał dr Indranil Banik z University of St Andrews –” nasze wyniki wskazują na niezwykłą zgodność między obserwacjami a prognozami MOND dotyczącymi poziomu zaburzeń karłowatych Fornax.

Aku Venhola z Uniwersytetu w Oulu (Finlandia) i Stephen Miski z Europejskiego Obserwatorium Południowego, którzy są współautorami badania, powiedzieli.

To nie pierwszy raz, kiedy badanie badające wpływ ciemnej materii na dynamikę i ewolucję galaktyk wykazało, że obserwacje najlepiej wyjaśnić, gdy nie są otoczone ciemną materią. „Liczba publikacji pokazujących niezgodność między obserwacjami a modelem ciemnej materii rośnie z każdym rokiem. Czas zacząć inwestować więcej środków w bardziej obiecujące teorie” – powiedział Pavel Kroupa, członek interdyscyplinarnych obszarów badawczych „Modelowanie” i ” Materia” na Uniwersytecie w Bonn.

Dr Hongsheng Zhao z University of St Andrews dodał: „Nasze wyniki mają poważne implikacje dla podstawowej fizyki. Spodziewamy się znaleźć więcej nieuporządkowanych karłów w innych grupach, co jest przewidywaniem, które inne zespoły powinny zweryfikować”.

Instytucje uczestniczące i finansujące:

Oprócz Uniwersytetu w Bonn badaniami objęto Uniwersytet St Andrews (Szkocja), Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), Uniwersytet w Oulu (Finlandia) oraz Uniwersytet Karola w Pradze (Czechy). Badanie zostało wsparte przez Uniwersytet w Bonn, brytyjską Radę ds. Obiektów Naukowych i Technologicznych oraz Niemiecką Centralę Wymiany Akademickiej.

Odniesienie:

1. Elena Asensio, Indranell Panic, Stephen Miski, Aku Venhola, Pavel Krupa, Hongsheng Zhao. Rozmieszczenie i formowanie galaktyk karłowatych Gromada Pieca wskazuje, że brakuje im ciemnej materii. Comiesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego, 2022; 515 (2): 2981 DOI: 10.1093/Manras/Stos 1765